/elec/propeller-clock

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  • Committer: edam
  • Date: 2012-02-02 01:19:19 UTC
  • Revision ID: edam@waxworlds.org-20120202011919-rcu4pt8mq8pieujs
modified schematic and updated notes

Show diffs side-by-side

added added

removed removed

Lines of Context:
src/propeller-clock.ino
1
 
//
2
 
// propeller-clock.pde
3
 
//
4
 
// A propeller clock.
5
 
 
6
 
void setup()
7
 
{
8
 
  // set up an interrupt handler on pin 2 to nitice fan pulses
9
 
  attachInterrupt( 0, fanPulseHandler, RISING );
10
 
  digitalWrite( 2, HIGH );
 
1
/*
 
2
 * propeller-clock.ino
 
3
 *
 
4
 * Copyright (C) 2011 Tim Marston <tim@ed.am> and Dan Marston.
 
5
 *
 
6
 * This file is part of propeller-clock (hereafter referred to as "this
 
7
 * program"). See http://ed.am/dev/software/arduino/propeller-clock for more
 
8
 * information.
 
9
 *
 
10
 * This program is free software: you can redistribute it and/or modify
 
11
 * it under the terms of the GNU Lesser General Public License as published
 
12
 * by the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
 
13
 * (at your option) any later version.
 
14
 *
 
15
 * This program is distributed in the hope that it will be useful,
 
16
 * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
 
17
 * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
 
18
 * GNU Lesser General Public License for more details.
 
19
 *
 
20
 * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public License
 
21
 * along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
 
22
 */
 
23
 
 
24
/******************************************************************************
 
25
 
 
26
Set up:
 
27
 
 
28
 * a PC fan is wired up to a 12V power supply
 
29
 
 
30
 * the fan's SENSE (tachiometer) pin connected to pin 2 on the
 
31
   arduino.
 
32
 
 
33
 * the pins 4 to 13 on the arduino should directly drive an LED (the
 
34
   LED on pin 4 is in the centre of the clock face and the LED on pin
 
35
   13 is at the outside.
 
36
 
 
37
 * if a longer hand (and a larger clock face) is desired, pin 4 can be
 
38
   used to indirectly drive a transistor which in turn drives several
 
39
   LEDs that turn on anf off in unison in the centre of the clock.
 
40
 
 
41
 * a button should be attached to pin 3 that grounds it when pressed.
 
42
 
 
43
 * A DS1307 remote clock is connected via I2C on analog pins 4 and 5.
 
44
 
 
45
Implementation details:
 
46
 
 
47
 * for a schematic, see ../project/propeller-clock.sch.
 
48
 
 
49
 * the timing of the drawing of the clock face is recalculated with
 
50
   every rotation of the propeller.
 
51
    
 
52
 * a PC fan actually sends 2 tachiometer pulses per revolution, so the
 
53
   software skips every other one. This means that the clock may
 
54
   appear upside-down if started with the propeller in the wrong
 
55
   position. You will need to experiment to dicsover the position that
 
56
   the propeller must be in when starting the clock.
 
57
    
 
58
Usage instructions:
 
59
 
 
60
 * pressing the button cycles between variations of the current
 
61
   display mode.
11
62
  
12
 
  // set up output pins (4 to 13) for the led array
13
 
  for( int a = 4; a < 14; a++ )
14
 
    pinMode( a, OUTPUT );
15
 
 
16
 
  // serial comms
17
 
  Serial.begin( 9600 );
18
 
}
19
 
 
20
 
// when non-zero, the time (in microseconds) of a new fan pulse that has just
21
 
// occurred, which means that segment drawing needs to be restarted
 
63
 * pressing and holding the button for a second cycles between display
 
64
   modes (e.g., analogue and digital).
 
65
 
 
66
 * pressing and holding the button for 5 seconds enters "time set"
 
67
   mode. In this mode, the following applies:
 
68
    - the field that is being set flashes
 
69
    - pressing the button increments the field currently being set
 
70
    - pressing and holding the button for a second cycles through the
 
71
      fields that can be set
 
72
    - pressing and holding the button for 5 seconds sets the time and
 
73
      exits "time set" mode
 
74
 
 
75
******************************************************************************/
 
76
 
 
77
 
 
78
#include <Bounce.h>
 
79
#include <DS1307.h>
 
80
#include <Wire.h>
 
81
 
 
82
//_____________________________________________________________________________
 
83
//                                                                         data
 
84
 
 
85
 
 
86
// when non-zero, the time (in microseconds) of a new fan pulse that
 
87
// has just occurred, which means that segment drawing needs to be
 
88
// restarted
22
89
static unsigned long new_pulse_at = 0;
23
90
 
24
 
// interrupt handler to count the number of fan pulses
 
91
// the time (in microseconds) when the last fan pulse occurred
 
92
static unsigned long last_pulse_at = 0;
 
93
 
 
94
// duration (in microseconds) that a segment should be displayed
 
95
static unsigned long segment_step = 0;
 
96
 
 
97
// remainder after divisor and a tally of the remainders for each segment
 
98
static unsigned long segment_step_sub_step = 0;
 
99
static unsigned long segment_step_sub = 0;
 
100
 
 
101
// flag to indicate that the drawing mode should be cycled to the next one
 
102
static bool inc_draw_mode = false;
 
103
 
 
104
// a bounce-managed button
 
105
static Bounce button( 3, 5 );
 
106
 
 
107
// the time
 
108
static int time_hours = 0;
 
109
static int time_minutes = 0;
 
110
static int time_seconds = 0;
 
111
 
 
112
// number of segments in a full display (rotation) is 60 (one per
 
113
// second) times the desired number of sub-divisions of a second
 
114
#define NUM_SECOND_SEGMENTS 5
 
115
#define NUM_SEGMENTS ( 60 * NUM_SECOND_SEGMENTS )
 
116
 
 
117
//_____________________________________________________________________________
 
118
//                                                                         code
 
119
 
 
120
 
 
121
// check for button presses
 
122
void checkButtons()
 
123
{
 
124
        // update buttons
 
125
        button.update();
 
126
 
 
127
        // notice button presses
 
128
        if( button.risingEdge() )
 
129
                inc_draw_mode = true;
 
130
}
 
131
 
 
132
 
 
133
// keep track of time
 
134
void trackTime()
 
135
{
 
136
        // previous time and any carried-over milliseconds
 
137
        static unsigned long last_time = millis();
 
138
        static unsigned long carry = 0;
 
139
 
 
140
        // how many milliseonds have elapsed since we last checked?
 
141
        unsigned long next_time = millis();
 
142
        unsigned long delta = next_time - last_time + carry;
 
143
 
 
144
        // update the previous time and carried-over milliseconds
 
145
        last_time = next_time;
 
146
        carry = delta % 1000;
 
147
 
 
148
        // add the seconds that have passed to the time
 
149
        time_seconds += delta / 1000;
 
150
        while( time_seconds >= 60 ) {
 
151
                time_seconds -= 60;
 
152
                time_minutes++;
 
153
                if( time_minutes >= 60 ) {
 
154
                        time_minutes -= 60;
 
155
                        time_hours++;
 
156
                        if( time_hours >= 24 )
 
157
                                time_hours -= 24;
 
158
                }
 
159
        }
 
160
}
 
161
 
 
162
 
 
163
// turn an led on/off
 
164
void ledOn( int num, bool on )
 
165
{
 
166
        if( num < 0 || num > 9 ) return;
 
167
 
 
168
        // convert to pin no.
 
169
        num += 4;
 
170
 
 
171
        // pin 4 needs to be inverted (it's driving a PNP)
 
172
        if( num == 4 ) on = !on;
 
173
 
 
174
        digitalWrite( num, on? HIGH : LOW );
 
175
}
 
176
 
 
177
 
 
178
// draw a segment for the test display
 
179
void drawNextSegment_test( bool reset )
 
180
{
 
181
        // keep track of segment
 
182
        static unsigned int segment = 0;
 
183
        if( reset ) segment = 0;
 
184
        segment++;
 
185
 
 
186
        // turn on inside and outside LEDs
 
187
        ledOn( 0, true );
 
188
        ledOn( 9, true );
 
189
 
 
190
        // display segment number in binary across in the inside LEDs,
 
191
        // with the LED on pin 12 showing the least-significant bit
 
192
        for( int a = 0; a < 8; a++ )
 
193
                ledOn( 8 - a, ( segment >> a ) & 1 );
 
194
}
 
195
 
 
196
 
 
197
// draw a segment for the time display
 
198
void drawNextSegment_time( bool reset )
 
199
{
 
200
        static int second = 0;
 
201
        static int segment = 0;
 
202
 
 
203
        // handle display reset
 
204
        if( reset ) {
 
205
                second = 0;
 
206
                segment = 0;
 
207
        }
 
208
 
 
209
        // what needs to be drawn?
 
210
        bool draw_tick = !segment && second % 5 == 0;
 
211
        bool draw_second = !segment && second == time_seconds;
 
212
        bool draw_minute = !segment && second == time_minutes;
 
213
        bool draw_hour = !segment && second == time_hours;
 
214
 
 
215
        // set the LEDs
 
216
        ledOn( 9, true );
 
217
        ledOn( 8, draw_tick || draw_minute );
 
218
        for( int a = 6; a <= 7; a++ )
 
219
                ledOn( a, draw_minute || draw_second );
 
220
        for( int a = 0; a <= 5; a++ )
 
221
                ledOn( a, draw_minute || draw_second || draw_hour );
 
222
 
 
223
        // inc position
 
224
        if( ++segment >= NUM_SECOND_SEGMENTS ) {
 
225
                segment = 0;
 
226
                second++;
 
227
        }
 
228
}
 
229
 
 
230
 
 
231
// draw a display segment
 
232
void drawNextSegment( bool reset )
 
233
{
 
234
        static int draw_mode = 0;
 
235
 
 
236
        // handle mode switch requests
 
237
        if( reset && inc_draw_mode ) {
 
238
                inc_draw_mode = false;
 
239
                draw_mode++;
 
240
                if( draw_mode >= 2 )
 
241
                        draw_mode = 0;
 
242
        }
 
243
 
 
244
        // draw the segment
 
245
        switch( draw_mode ) {
 
246
        case 0: drawNextSegment_test( reset ); break;
 
247
        case 1: drawNextSegment_time( reset ); break;
 
248
        }
 
249
}
 
250
 
 
251
 
 
252
// calculate time constants when a new pulse has occurred
 
253
void calculateSegmentTimes()
 
254
{
 
255
        // check for overflows, and only recalculate times if there isn't
 
256
        // one (if there is, we'll just go with the last pulse's times)
 
257
        if( new_pulse_at > last_pulse_at )
 
258
        {
 
259
                // new segment stepping times
 
260
                unsigned long delta = new_pulse_at - last_pulse_at;
 
261
                segment_step = delta / NUM_SEGMENTS;
 
262
                segment_step_sub = 0;
 
263
                segment_step_sub_step = delta % NUM_SEGMENTS;
 
264
        }
 
265
 
 
266
        // now we have dealt with this pulse, save the pulse time and
 
267
        // clear new_pulse_at, ready for the next pulse
 
268
        last_pulse_at = new_pulse_at;
 
269
        new_pulse_at = 0;
 
270
}
 
271
 
 
272
 
 
273
// wait until it is time to draw the next segment or a new pulse has
 
274
// occurred
 
275
void waitTillNextSegment( bool reset )
 
276
{
 
277
        static unsigned long end_time = 0;
 
278
 
 
279
        // handle reset
 
280
        if( reset )
 
281
                end_time = last_pulse_at;
 
282
 
 
283
        // work out the time that this segment should be displayed until
 
284
        end_time += segment_step;
 
285
        segment_step_sub += segment_step_sub_step;
 
286
        if( segment_step_sub >= NUM_SEGMENTS ) {
 
287
                segment_step_sub -= NUM_SEGMENTS;
 
288
                end_time++;
 
289
        }
 
290
 
 
291
        // wait
 
292
        while( micros() < end_time && !new_pulse_at );
 
293
}
 
294
 
 
295
 
 
296
// ISR to handle the pulses from the fan's tachiometer
25
297
void fanPulseHandler()
26
298
{
27
 
  // ignore every other pulse
28
 
  static bool ignore = true;
29
 
  ignore = !ignore;
30
 
  if( !ignore )
31
 
  {
32
 
    // set a new pulse time
33
 
    new_pulse_at = micros();
34
 
  }
 
299
        // the fan actually sends two pulses per revolution. These pulses
 
300
        // may not be exactly evenly distributed around the rotation, so
 
301
        // we can't recalculate times on every pulse. Instead, we ignore
 
302
        // every other pulse so timings are based on a complete rotation.
 
303
        static bool ignore = true;
 
304
        ignore = !ignore;
 
305
        if( !ignore )
 
306
        {
 
307
                // set a new pulse time
 
308
                new_pulse_at = micros();
 
309
        }
35
310
}
36
311
 
37
 
// wait until it is time to draw the next segment or a new pulse has occurred
38
 
void endOfSegmentDelay()
 
312
 
 
313
// main setup
 
314
void setup()
39
315
{
40
 
  while( micros() < next_segment_at && !new_pulse_at );
 
316
        // set up an interrupt handler on pin 2 to nitice fan pulses
 
317
        attachInterrupt( 0, fanPulseHandler, RISING );
 
318
        digitalWrite( 2, HIGH );
 
319
  
 
320
        // set up output pins (4 to 13) for the led array
 
321
        for( int a = 4; a < 14; a++ )
 
322
                pinMode( a, OUTPUT );
 
323
 
 
324
        // set up mode-switch button on pin 3
 
325
        pinMode( 3, INPUT );
 
326
 
 
327
        // get the time from the real-time clock
 
328
        int rtc_data[ 7 ];
 
329
        RTC.get( rtc_data, true );
 
330
        time_hours = rtc_data[ DS1307_HR ];
 
331
        time_minutes = rtc_data[ DS1307_MIN ];
 
332
        time_seconds = rtc_data[ DS1307_SEC ];
 
333
 
 
334
        // serial comms
 
335
        Serial.begin( 9600 );
41
336
}
42
337
 
 
338
 
 
339
// main loop
43
340
void loop()
44
341
{
45
 
  static int led = 4;
46
 
 
47
 
  unsigned long loop_start_time = micros();
48
 
 
49
 
  // wait till it's time to draw the next segment
50
 
  
 
342
        // if there has been a new pulse, we'll be resetting the display
 
343
        bool reset = new_pulse_at? true : false;
 
344
 
 
345
        // only do this stuff at the start of a display cycle, to ensure
 
346
        // that no state changes mid-display
 
347
        if( reset )
 
348
        {
 
349
                // check buttons
 
350
                checkButtons();
 
351
 
 
352
                // keep track of time
 
353
                trackTime();
 
354
        }
 
355
 
 
356
        // draw this segment
 
357
        drawNextSegment( reset );
 
358
 
 
359
        // do we need to recalculate segment times?
 
360
        if( reset )
 
361
                calculateSegmentTimes();
 
362
 
 
363
        // wait till it's time to draw the next segment
 
364
        waitTillNextSegment( reset );
51
365
}